CNC-bearbetning av titanlegering: Behandla, Ansökningar och utmaningar

12,273 Visningar 2024-10-24 13:38:56

I modern tillverkning, CNC (Dator numerisk kontroll) bearbetningsteknik spelar en viktig roll vid bearbetning av titanlegeringar.

Fördelar med CNC-bearbetning av titan

• Högt förhållande mellan styrka och vikt:

Titanlegeringar har extremt hög hållfasthet och relativt låg densitet, vilket innebär att delar gjorda av titanlegeringar kan bibehålla utmärkta mekaniska egenskaper även under kravet på lättviktsdesign.

• Utmärkt korrosionsbeständighet:

Titanlegeringar är mycket resistenta mot de flesta syror och alkalier, vilket gör dem lämpliga för tuffa miljöer som havet och kemiska processanläggningar.

CNC-bearbetning av titanlegeringar

• Biokompatibilitet:

Titanlegeringar är mycket lämpliga för användning i mänskliga implantat eftersom de inte orsakar immunavstötning och är mycket kompatibla med mänskliga vävnader.

• Hög slitstyrka:

Titanlegeringar kan få en mycket slät yta efter bearbetning, och denna yta har mycket hög slitstyrka, som är lämplig för delar för långvarig användning.

• Goda bearbetningsegenskaper:

Även om titanlegeringar är svåra att bearbeta, komplexa former kan bearbetas exakt med CNC-teknik, uppfyller de strikta geometriska noggrannhetskraven för delar i industrier som flyg.

• Ej magnetisk:

Titanlegeringar är icke-magnetiska, vilket är en viktig fördel för vissa elektroniska apparater och medicinska tillämpningar.

• Prestanda vid hög temperatur:

Titanlegeringar kan bibehålla sina mekaniska egenskaper vid höga temperaturer, vilket är avgörande för högtemperaturapplikationer som flygmotorer.

• Bra duktilitet:

Titanlegeringar har god duktilitet och kan formas och bearbetas utan att skada materialets integritet.

• Motstånd mot utmattningssprickförökning:

Mikrostrukturen hos titanlegeringar hjälper till att motstå spridningen av utmattningssprickor, förbättra tillförlitligheten och livslängden för delar.

• Miljövänligt:

CNC-bearbetning av titanlegeringar kan minska materialspill, och moderna bearbetningstekniker tenderar att använda mer miljövänliga kylvätskor och smörjmedel.

Med den kontinuerliga framstegen inom bearbetningstekniken, bearbetningskostnaden och effektiviteten för titanlegeringar förbättras också gradvis, ytterligare utöka sina applikationsområden.

Olika titankvaliteter för CNC-bearbetning

I samband med CNC-bearbetning, olika kvaliteter av titan erbjuder unika kombinationer av egenskaper som gör dem lämpliga för olika applikationer.

Här är en översikt över vanliga titankvaliteter som används vid CNC-bearbetning och deras egenskaper:

• Kvalitet 1 Titan

Kvalitet 1 är en av de kommersiellt rena (CP) titankvaliteter med utmärkt slag- och korrosionstolerans, samt god svetsbarhet.

Den har den högsta nivån av formbarhet och formbarhet bland CP-kvaliteterna, vilket gör den idealisk för applikationer där dessa egenskaper är viktiga.

• Kvalitet 2 Titan

Liknar Betyg 1, Kvalitet 2 är en annan CP-kvalitet med något lägre duktilitet men erbjuder fortfarande god korrosionsbeständighet och svetsbarhet. Det används ofta i allmänna industriella applikationer där måttliga nivåer av hållfasthet och korrosionsbeständighet krävs.

• Kvalitet 5 Titan (Ti-6Al-4V)

Kvalitet 5, även känd som Ti-6Al-4V, är den mest använda alfa-beta titanlegeringen på grund av sin kombination av hög hållfasthet, bra korrosionsbeständighet, och utmärkt biokompatibilitet.

Det används ofta inom flyg- och rymdindustrin, militär, och medicinska tillämpningar där dessa egenskaper är kritiska.

• Kvalitet 7 Titan (Ti-6Al)

Kvalitet 7 är en alfa-beta titanlegering som liknar Grade 5 men med högre aluminiumhalt, vilket ger förbättrat krypmotstånd vid förhöjda temperaturer.

Detta gör den lämplig för applikationer som kräver strukturell stabilitet vid höga temperaturer.

• Kvalitet 12 Titan (Ti-3Al-2,5V)

Kvalitet 12 är en alfa-beta titanlegering med förbättrad styrka och seghet jämfört med CP-kvaliteterna.

Den används i applikationer där en balans mellan styrka och formbarhet behövs, som i bilindustrin.

Orsaker och lösningar för CNC-bearbetningsvibrationer

När du väljer en titankvalitet för CNC-bearbetning, det är viktigt att överväga de specifika kraven för ansökan, inklusive önskad styrka, korrosionsbeständighet, arbetstemperatur, och biokompatibilitet.

Varje kvalitet erbjuder en unik uppsättning egenskaper som måste matchas till applikationens behov för att säkerställa optimal prestanda och livslängd för den färdiga delen.

Vanliga svårigheter vid bearbetning av titanlegering

Svårigheterna vid bearbetning av titanlegeringar inkluderar främst:

• Låg värmeledningsförmåga:

Den termiska ledningsförmågan hos titanlegering är mycket låg, vilket gör det svårt för den värme som genereras under skärprocessen att snabbt avledas.

Som ett resultat, värme samlas lätt i kontaktytan mellan verktyget och arbetsstycket, vilket gör att verktygstemperaturen blir för hög och accelererar verktygsslitaget .

• Hög kemisk aktivitet:

Vid höga temperaturer, titanlegering är benägen för kemiska reaktioner med syre och kväve i luften, bildar ett härdat skikt, vilket ökar bearbetningssvårigheten .

• Arbete – Härdning:

Titanlegering kommer sannolikt att uppleva arbete - härdning under skärprocessen, som är, materialets hårdhet ökar med deformationen under bearbetningsprocessen.

Detta kräver användning av verktyg med högre prestanda och strängare skärparametrar .

• Snabbt verktygsslitage:

På grund av ovan nämnda egenskaper, verktyget slits mycket snabbt vid bearbetning av titanlegering, speciellt nära skäreggen och verktygsspetsen .

Vanliga svårigheter vid bearbetning av titanlegering

• Svårt bortskaffande av spån:

Spånet av titanlegering har en stor kontaktyta med verktygets spånyta och är lätt att linda runt verktyget, vilket hindrar normal skärning.

Dessutom, särskild uppmärksamhet bör ägnas åt evakueringen av spånet för att undvika att påverka bearbetningskvaliteten .

• Låg elasticitetsmodul:

Titanlegeringens elasticitetsmodul är relativt låg, och det är lätt att producera elastisk deformation under bearbetning.

Speciellt vid bearbetning av tunna – vägg- eller ringformade delar, arbetsstycket kan deformeras .

• Bearbetning Vibration:

Vibrationen som genereras under bearbetning av titanlegeringar är tio gånger högre än för vanligt stål, vilket inte bara ökar verktygsslitaget utan också kan leda till en försämring av arbetsstyckets ytkvalitet .

• Verktygsval och beläggningsteknik:

Att välja lämpliga verktygsmaterial och beläggningstekniker är avgörande för att förbättra effektiviteten av titanlegeringsbearbetning och verktygslivslängd .

Vakuumbeläggning

• Arbetsstyckets fastspänning och deformation:

Klämdeformationen och spänningsinducerad deformation av titanlegering under bearbetning är stor, så särskild uppmärksamhet bör ägnas åt arbetsstyckets fixeringsmetod för att förhindra deformation under bearbetningsprocessen .

• Val av skärvätska:

Användning av felaktig skärvätska kan leda till kemiska reaktioner eller påverka spånavgången.

Därför, Att välja en lämplig skärvätska är också en utmaning vid bearbetning av titanlegeringar .

Som svar på dessa svårigheter, en rad åtgärder måste vidtas vid bearbetning av titanlegering, som att använda högpresterande skärverktyg, optimera skärparametrar, anta lämpliga kylnings- och smörjstrategier, och säkerställa korrekt fastspänning av arbetsstycket, för att förbättra bearbetningseffektiviteten och kvaliteten.

Tillämpning och utmaningar för CNC-bearbetning av titan

Tillämpningar av titanlegering CNC-bearbetning

Flyg och rymd:

På grund av dess korrosionsbeständiga egenskaper och hög hållfasthet, titanlegering är lämplig för flygtillämpningar, såsom motorblad, landningsställ, axlar, och interna strukturer.

Tillämpning och utmaningar för CNC-bearbetning av titan

Medicinsk industri:

Titanlegering har kemisk tröghet och biokompatibilitet och kan användas för att tillverka medicinska implantat och kirurgisk utrustning, såsom bentillväxtstimulatorer, ryggradsfusionsanordningar, och benplattor.

Skeppsbyggnad:

Titanlegering CNC-bearbetning har också viktiga användningsområden inom den marina industrin, såsom däck, fjättrar, fjäderkrokar, tryckkärl, och ubåtsdetektorer.

Bilindustrin:

Titanmetall, på grund av dess slagtålighet och hållbarhet, används ofta i sportbilar och lyxbilar, såsom fordonsramar, fästelement, ljuddämpare, avgasrör, motorventiler, och lastbärande fjädrar.

Användning av titanlegeringsmaterial i bilar

Andra industrier:

Titan CNC-bearbetning är också tillämplig på olja och gas, konstruktion, smycke, sport, och elfordonsindustrin.

Utmaningar inom CNC-bearbetning av titanlegering

Även om CNC-bearbetning av titanlegering har många fördelar, den står också inför vissa utmaningar under bearbetningsprocessen:

1. Hög kemisk reaktivitet och extrudering:

Vid bearbetning av titanlegering, vissa gaser kan reagera med det, resulterar i problem som ytoxidation och sprödhet.

1. Värmeackumulering och skärkraft:

Titanlegering har låg värmeledningsförmåga, vilket gör att arbetsstycket värms upp snabbt nära skärområdet. Detta leder till snabbare verktygsslitage och kan ha en negativ inverkan på skärytans kvalitet.

1. Kvarstående stress och härdande stress:

På grund av dess kristallstruktur, titanlegering kan orsaka problem under bearbetning, öka skärkraften, minskar lättheten att bearbeta, och öka risken för kvarvarande stress.

Ställa in CNC-bearbetningsparametrar

• Förtydliga bearbetningskrav

Bestäm arbetsstyckets material, storlek, form, och precisionskrav, etc.

• Välj Verktyg

Välj verktygstyp, diameter, längd, etc. enligt arbetsstyckets material och bearbetningskrav.

• Ställ in bearbetningskoordinatsystemet

Bestäm bearbetningskoordinatsystemet i CNC-styrsystemet.

• Ställ in bearbetningsparametrar

Ställ in parametrar som skärhastighet, matningshastighet, och skärdjup enligt arbetsstycket, verktyg, och krav.

• Inspektera och verifiera

Kontrollera parametrarna noggrant före bearbetning. Simuleringsbearbetning eller provskärning kan användas för att verifiera.

• Övervaka bearbetningsprocessen

Övervaka verktygsslitage, skärkraft, skärtemperatur, etc. i realtid och justera parametrarna vid behov.

• Underhåll verktygsmaskinen

Underhåll regelbundet CNC-verktygsmaskinen för att säkerställa dess precision och prestanda.

• Säker drift

Följ säkerhetsprocedurerna.

Schematiskt diagram över CNC-verktygsmaskinens struktur

Slutsats

Förmågan att CNC-bearbeta titanlegeringar har kontinuerligt förbättrats, tack vare framstegen inom materialvetenskap, maskinteknik och datateknik.

Genom att anta de senaste bearbetningsteknikerna och optimeringsstrategierna, tillverkare kan producera titanlegeringsdelar med högre effektivitet och bättre kvalitet.

Med teknikens utveckling, kostnaden – effektiviteten och miljöpåverkan från CNC – bearbetning av titanlegeringar förväntas förbättras ytterligare i framtiden.